第2章
水星：撞击、腼腆与偏心

科学分类： 类地行星

距离太阳： 5,790万千米，是日地距离的0.39倍

直径： 4,879千米，是地球直径的0.383倍

公转周期： 88天

自转周期： 59天

平均表面温度： 167℃

不为人知的骄傲： “在太阳系所有的行星中，我有着最飘忽不定的轨道和最夸张的温差。”

一颗无大气层行星的残破表面揭示了它在太阳系中的活动历史，正如一位退役拳击手的开花耳朵和断裂鼻梁讲述了他在拳击场上的光荣与耻辱。水星没有大气层，它布满陨石坑的表面讲述了约39亿年前发生的那场宇宙撞击事件——晚期重轰击。

水星是最腼腆的行星，要了解它的早期历史并非易事。即便到了技术发达的太空时代，近距离观测也很难进行。从前，天文学家只能依靠地面望远镜观测水星，寻找任何相关信息都十分困难。这一切要归咎于它的位置——水星是太阳系最内侧的行星，身处地球的我们为了观测它不得不看向太阳。水星腼腆地躲在太阳边缘，在夺目的阳光下我们很难见它一面，只能偶尔进行短暂的观测。

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墨丘利是众神的使者。就快速穿梭的特性而言，水星和他确有相似之处。水星是距离太阳最近的行星，因此受到太阳的引力也最大，它和墨丘利一样神出鬼没：水星是环日轨道上运行速度最快的行星。它绕太阳公转一周只需要88天——同样是绕太阳公转一周，地球需要365天。从我们在太阳系中的位置来看，水星在绕太阳公转时会交替出现在太阳两侧。在大约一个月的时间里，水星会出现在黄昏时分的日落地平线上，此时它被称为昏星。接下来的一个月它会消失在耀眼的阳光下。此后的一个月它会出现在黎明时的低空中，此时它被称为辰星。再接下来的一个月它会再次躲在太阳后面，最后回归原点。它完成每个会合周期需要116天。（“会合周期”指太阳、地球和一颗行星或月球的相对位置循环一次所用的时间。水星的会合周期取决于水星和地球的轨道。这解释了为什么水星的会合周期不同于它的公转周期。）

起初，古希腊天文学家认为早晚交替出现的水星是两颗独立的行星，因此赋予了它两个名字：阿波罗和赫尔墨斯。据说，数学家毕达哥拉斯在公元前500年就指出这两者实为同一行星。他大概是注意到了两者的外形和运行速度都极为相似，更关键的是，阿波罗出现的时候，赫尔墨斯从不露脸，反之亦然。最终，赫尔墨斯获胜并获得了这颗行星的命名权；现代希腊人依然沿用这个名字。在国际通用科学术语中，水星的英文名直译是墨丘利，正是与古希腊神话中的赫尔墨斯对应的古罗马神祇。

这些自古以来就为人所知的行星的特征、同名神祇和对应的占星术的影响之间存在某种联系。墨丘利（水星）的移动速度惊人；维纳斯（金星）是爱与美的女神；玛尔斯（火星）钟爱象征好战的猩红色；朱庇特（木星）是众神之王，以戏弄臣民而闻名；萨图恩（土星）的行动迟缓。一些描绘人类品质的英语单词就源自这些行星的特征——活泼（水星）、风流（金星）、黩武（火星）、快乐（木星）、忧郁（土星）。 它们都是古老占星术的活化石。

在不同历史文化或不同历史时期中，人类认为行星是神圣的存在，它们是神祇的家园，是神祇影响人间的媒介，甚至是神祇本尊。我们认为前两个认知富有诗意。相信行星会影响我们的性格或影响将要发生在我们身上的事情，这就是占星术，一种盛行至今的迷信。但最后一个——相信行星是神祇或与神祇有关——被称为“天体崇拜”，现已销声匿迹。

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如果你在阅读一本针对业余天文学爱好者的星象指南时读到了水星的可见时间，你可能会同时读到一则风险警告，即避免在太阳位于地平线以上时用双筒望远镜或天文望远镜观察水星。这样做的风险在于，你可能会移动行星和太阳之间的观测视角而不自知，并继续仔细观测。哪怕用肉眼直接看太阳，阳光也会对眼睛造成伤害；更别提观测所用的望远镜会聚焦光和热，对视力的伤害更严重。专业的天文学家之所以能冒险尝试，是因为他们的望远镜处于严格控制之下。虽然这样做会有损他们的设备，但他们的眼睛不会面临风险。假设意外发生并导致设备受损，他们也可以修复设备。

即使只有观测设备处在危险之中，空间科学家仍有一套非常严格的水星观测规定，因为一旦操作失误，其后果将会危及整个任务。最起码修复设备就需要一笔巨款，更糟糕的情况是无法修复设备。因此，无论在何种情况下，科学家都没有使用哈勃空间望远镜观测过水星。哪怕遇到一丁点太阳的热量和光线，它都要退避三舍。否则，其结构可能会因为局部过热而扭曲变形，这可能影响光学器件的校准。即使只有一丁点太阳辐射反射到望远镜内部或通过望远镜的镜面反射并聚焦到电子探测器之类的精密部件上，其结果都是不能承受之伤。

这一切都使水星观测困难重重。因此，在太空时代到来之前，人类对水星的轨道兴趣盎然。和其他行星一样，它的轨道大体上是一个椭圆——被压扁的圆。在画椭圆时，你可以将两枚大头针按在纸上，再把一根细线的两端分别系在这两枚大头针上。用一根铅笔紧贴着细线滑动，使细线始终保持张紧状态，这样在纸上画出来的轨迹就是椭圆。大头针的位置就是椭圆的焦点。在每颗行星的轨道上，太阳都处在其中一个焦点的位置，行星与太阳的距离随轨道而改变。我们用“偏心率”衡量这种变化，其范围在0和1之间。没有变化意味着轨道实际上为圆形，此时偏心率为0；当偏心率为1时，椭圆最扁。地球轨道的偏心率为0.017，接近圆形。水星轨道的偏心率为0.21，是所有行星轨道中最扁的。因此，它与太阳之间的距离变化很大：从4,600万千米到7,000万千米（约为日地距离的三分之一到二分之一）。

水星的轨道偏心率极大，而且因为它距离太阳很近，受到太阳的引力也很大。其轨道作为一个极端案例，是引力理论测试的不二之选。天文学家可以利用这一理论计算出行星在特定时间里的位置，而一个成功的理论可以做到精确的计算。牛顿的引力理论在众多测试中脱颖而出，很好地描述了行星的轨道。但在解释水星时，牛顿引力理论却微妙诡谲，变得不再精确，虽然程度轻微但已不容忽视。水星每绕太阳公转一周，其轨道的位置都会与牛顿引力理论计算得出的结果略有不同，经过几十年的积累，这种差异显而易见。直到阿尔伯特·爱因斯坦提出广义相对论，这种差异的来由才昭然若揭。

广义相对论是解释引力工作机制的理论。在经过深思熟虑后，爱因斯坦将他的理论汇编在一起，但是因为他无法有理有据地证明理论的正确性，所以他迟迟不愿公开。害羞的水星在短暂地展现自我后，又迅速地匿影藏形，像极了不愿意发表争议性言论来哗众取宠的人，这让缄默的阿尔伯特·爱因斯坦有了发表理论的信心：他的发现解决了水星悬而未决的轨道问题，这激励着他奋勇前进，披露自己的工作。自此之后，他的研究都成功地经受住了推敲。

水星轨道的观测值与牛顿引力理论计算得出的结果之间存在着差异，这从19世纪以来就一直困扰着天文学家。它们存在的差异如下文所述。

和所有行星一样，水星沿着椭圆轨道绕太阳公转。但是这个椭圆并非始终不变。在围绕太阳转动时，椭圆轨道的长轴也略有转动，每百年变化约1.5度。水星轨道的转动被称为“水星进动”。

所有行星的轨道都有进动。这主要是受其他行星引力和太阳不是完美球体这一事实的影响。除了水星和金星，牛顿的引力理论可以近乎完美地计算出所有行星的进动率。虽然水星轨道的进动率每百年只发生43弧秒的改变，但这一变化仍是行星中最大的（金星的进动率每百年变化8.3弧秒）。1弧秒相当于1/3,600度，虽然差异不是特别大，但已明显到不容忽略。

法国天文学家奥本·勒维耶一度认为这种差异是由一颗未知行星对水星的吸引造成的。在职业生涯早期，他成功地解释了天王星轨道的变化。他认为天王星的轨道受到了一颗未知行星的干扰。这直接导致了海王星的发现（见第15章）。他因此试图用同样的方法在水星的轨道内寻找另一颗行星。这颗未知行星简直比水星本体还要难以窥见，但勒维耶并未因不见其踪迹而退却。

若干年里，天文学家们继续寻找这颗未知行星，有时他们猜测它可能正在穿过太阳表面，也就是所谓的“凌日”。这种现象发生时，行星在明亮的太阳圆面上只映衬出一个小小的圆点。1859年，一名居住在博克地区奥尔热雷（位于巴黎和奥尔良之间）的业余天文学家、乡村医生埃德蒙·莱斯卡尔博声称，他曾观察到一个黑点穿过太阳表面，用时长达4.5小时。勒维耶亲自到奥尔热雷询问这名医生。他对医生的真实观测结果甚是满意，并用火神的名字“伏尔甘”（祝融星）给这颗行星命名。

医生表示自己用铅笔在一块记录病人情况的木板上记录了观测结果，为了重复利用，这块木板的表面已经被刨掉了。这番说辞降低了观测结果的可信度。尽管如此，勒维耶仍然在莱斯卡尔博被任命为荣誉军团骑士后赞助了他，一枚骑士勋章系在鲜红色的绶带上，以表彰他在专业活动中的“突出贡献”。一颗新行星的发现自然值得赞誉，发现这颗行星的天文学家当然也是卓尔不群之人。

莱斯卡尔博的发现让他声名鹊起，也激励他以满腔热情投身于天文学。他放弃了医学工作，建了一座带有天文台的房子，以继续他的研究。

然而，在接下来的几年时间里，其他天文学家及勒维耶本人都没能找到证据来证实莱斯卡尔博的说法。他们多次尝试构想这颗行星的轨道并预测它会何时再次穿过太阳圆面，但每次都铩羽而归。因此，祝融星一直备受争议，天文学家对它的兴趣也逐渐消磨殆尽。直到1878年7月29日在北美观测到日全食，美国的天文学家才再一次活跃起来。假如无法通过凌日的阴影来捕捉祝融星的踪影，那么能否通过其反射的阳光看到它呢？后者是观测行星的通用方式，在阳光被月亮遮住时进行观察，可以减少刺眼阳光造成的混淆。

这期间出现了两份乐观的报告，但报告的编制者是两名声誉有问题的天文学家：在怀俄明州的罗林斯观测日食的詹姆斯·沃森和在科罗拉多州的丹佛观测日食的刘易斯·斯威夫特。两名天文学家提出了多种说法，且两个人的说法存在差异和矛盾。其他天文学家对他们的说法嗤之以鼻，并表示从未在观测日食时见过类似新行星的天体，有人甚至戏称寻找勒维耶的“神鸟”是一项徒劳之举。

显然，莱斯卡尔博看到的只是一个太阳黑子；它穿过太阳时快速移动应该只是他的想象。祝融星消失在科学世界里，重新成为一个传奇。莱斯卡尔博的荣誉军团骑士任命被取消，勋章也不复存在。那时的他想必令人怜悯，年事已高却名誉扫地。他切断了与社区医疗的联系，独自用望远镜度过余生，直到1894年去世，享年80岁。

那么，既然没有水内行星来干扰水星的轨道，其计算结果与实际位置之间的差异便始终是未解之谜。直到1915年，阿尔伯特·爱因斯坦揭开了它的神秘面纱。在广义相对论中，引力是由时空弯曲造成的。行星的轨道不是一个静态的椭圆：即使没有其他行星使它偏离轨道，它也会进动。这是太阳周围时空弯曲的自然结果。

计算出水星进动之后，爱因斯坦解释了相差43弧秒的原因。金星的进动较小，这是因为它距离太阳较远，太阳对它不会造成如此大的时空弯曲。

因为广义相对论发展的不仅是一个全新的理论，还包含了一些自相矛盾的概念，比如“时空弯曲”，所以爱因斯坦早在该理论发展之初便意识到它会引起争论。他犹豫着是否要让它进入大众的视线：彼时，这一理论还没有足够的实践支撑，容易受到批评和质疑，甚至是嘲笑。但是，在爱因斯坦公布了广义相对论之后，其引力理论中超越牛顿引力理论的部分能够解释水星轨道长期以来的谜团，这一事实为他赢得了他所需要的支持。

自1915年以来，广义相对论一直深受天文学家的信任，水星也一直忠于广义相对论。在描述水星的运动时，它比艾萨克·牛顿的万有引力理论更恰当。年复一年，水星谦虚又耐心地印证着广义相对论的正确性。

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1965年，通过研究雷达接收水星表面反射回来的无线电脉冲，科学家揭示了水星的一个显著特征。在行星反射回来的无线电脉冲中，其无线电频率略有改变。这些信息有助于了解行星的自转速度，进而了解它的自转周期。借助这项技术，科学家发现水星每自转三圈就会绕太阳公转两周——一个水星日等于三分之二个水星年。水星上的一个太阳日（两次日出的间隔时间）通常持续两个水星年或176个地球日。

在太阳系行星中，这个特性是独一无二的。再加上水星高度偏心，太阳在水星天空的运行轨迹变得非同寻常。高度偏心意味着水星到太阳的距离变化相当大。在一个水星年中的某一段时间，水星和太阳的距离要比正常情况远20%，因此太阳看起来会比平常小20%，运行速度也比平常慢20%。此外，这颗行星在其轨道的运行速度的确比平常慢17%，更加剧了这种影响。在水星年的下半年，水星会更接近太阳，一切就是另外一番景象了。

因此，太阳的视速度和视大小随着水星日和水星年的变化而变化。从水星表面看，太阳的大小是从地球表面看的2~3倍。虽然太阳主要向西移动，但它也可以保持静止，甚至朝反方向移动。在一个水星年里，太阳会在某些时间从某些位置短暂升起，但迅速落下，然后再次升起。

基于以上种种问题，构建供水星居民使用的时钟和日历变得相当困难，而我也从未见过这样的系统；但这并非迫切要求。

受太阳的影响，水星的自转非常缓慢，因此出现了上述这种奇怪的现象。太阳对水星的结构进行潮汐锁定，这样水星的自转和它围绕太阳的公转就趋于同步。潮汐锁定的现象并不罕见，比如行星和它的卫星、恒星和恒星之间都有这种现象。

然而，锁定两个近距离天体公转和自转轨道的同步机制通常为：引潮力让自转周期与公转周期相等。地月系统便是如此。月亮绕地球公转一圈需要一个月，而它绕轴自转一圈的时间也是一个月。水星则非同寻常，因为它每围绕太阳公转两圈，就会自转三圈。

随着时间的推移，潮汐锁定会不断增强——由于受太阳的潮汐引力影响而减慢了速度，水星过去的自转速度比现在快得多。在探索水星被潮汐锁定的方式为何与众不同时，天文学家有了出乎意料的发现：两个天体在孕育之初的某些偶然形态特征会决定潮汐锁定的方式。如果太阳系诞生之初的情形有所不同，我们的月球也许不会被潮汐锁定永远面向地球，我们或许可以看见它的整个表面。

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我们对水星的探索相当有限，迄今只有两个太空探测器曾造访过水星。水星距离太阳过近，这种高温会给飞船带来危险；太阳粒子风暴则很可能击毁飞船，包括核辐射的直接影响和带电粒子引发的电火花。进入水星轨道的过程颇为棘手，从地球发射的探测器必须先加速才能到达水星并与之保持同步，但随后进入水星轨道还要刹车减速。这个过程耗费的燃料需要随身携带，占用了探测器上为数不多的空间。

面对重重困难，水星的大部分奥秘直到20世纪70年代才被揭开。即使是现在，水星也是人类所知最少的行星之一。科学家发现了一种可以将探测器送到水星的经济方式，打破了这个困境。奇迹的缔造者正是来自意大利帕多瓦的科学家朱塞佩·科隆博，也就是大家熟知的“贝比”。他绘制出可能的复杂轨道，这样探测器就可以通过金星和其他行星，在恰当的时刻以恰当的方式抵达水星；帮助探测器加速和减速并到达正确位置的，不是火箭燃料，而是它们的引力。

“水手10号”利用“引力弹弓”技术，在20世纪70年代3次绕轨飞掠（“飞掠”指航天器飞近某行星进行观察的航天任务，它不会进入重复轨道或着陆）水星，成为首个探测水星的探测器。遗憾的是，尽管“水手10号”成功地绕着既定轨道三顾水星，但水星每次都以同一面迎接访客，因此太空飞船只绘制了水星一半的表面。

第二个探测器取名为“信使号”（Messenger），这既是为了致敬墨丘利（即水星）在诸神中的地位，也是“水星表面、太空环境、地球化学和广泛探索”的英文首字母缩写（MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry and Ranging）。“信使号”在引力的助推下飞行了6年，直到2011年才成功进入水星轨道。在燃料耗尽后，它于2015年坠毁在水星表面，但此前它已经能够绘制出几乎整个水星表面的地图。2018年发射的探测器取名为“贝比科隆博号”（旨在纪念这位意大利科学家），如果一切进展顺利，它将于2024年至2025年执行为期一年或两年的水星探测任务。

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水星的大小介于卫星与行星之间：它只比月球大三分之一，是地球大小的三分之一。它是太阳系最小的行星，它的引力亦很小。它是庞大太阳身边的小小行星。最明显的现象是，太阳热量倾泻到水星表面，造就了铄石流金的水星，结果导致水星失去了所有原始大气层。但从那以后，水星倒也利用从太阳那里捕获到的氢和氦重新形成了一些大气。而太阳风又从它的表面刮走了少数原子，因此水星的大气层非常稀薄。

尽管水星的磁场很弱，但它依旧能抵御太阳风的冲击。一如地球的磁场保护了地球表面和大气层，水星的磁场也在尝试自我保护。但当太阳特别活跃时，水星的磁场也无法偏转太阳风粒子。在“太阳黑子极大期”，大量的黑子会像恶霸挥着螺旋桨般的双臂，残酷地攻击水星。此时的太阳风足以吹垮水星的磁场，轰击水星表面。

因为水星的大气层稀薄到近乎为零，所以水星表面的温度无法保持平衡。表面温度从两极地区的-183℃到赤道地区的427℃不等。夜幕降临，光秃秃的岩石表面的热量迅速消散，温度低至-200℃。由于水星和太阳的距离随着高度偏心的轨道不断发生变化，照射在水星表面的阳光和太阳热量的变化超过了原来的两倍，因此在一天的某一特定时刻，不同纬度的温度变化也很大。

铅和锡等普通金属在水星的赤道上都会熔化，塑料则会熔化或分解。毫无疑问，这对带有塑料涂层部件和焊丝的电气设备来说是致命一击，除非采取措施来缓解该问题——但迄今为止仍未找到任何行之有效的解决办法。甚至绕水星飞行的航天器（轨道飞行器）也很难承受太阳的热量，尽管它们能够调整运行方向，从而避免阳光的直射。即使航天器可以在水星表面着陆（着陆器）或漫游（探测车），它们也无法进行任何操作。

水星大气层在偶然情况下拥有了水蒸气。这主要与彗星撞击有关。彗星主要由融化的冰水组成，当它撞击水星表面时便会蒸发。因此水蒸气短暂地覆盖了整个水星表面。水星两极陨石坑的底部从未被阳光直接照射，所以虽然白天水星表面的温度极高，但陨石坑是个例外。陨石坑底部的温度不会超过-160℃。这儿的温度是如此之低，以至于来自彗星的水蒸气在此凝结成几米厚的结冰带，并无限期地冰封。最初，冰块是被反射雷达脉冲探测到的，“信使号”探测器在2008年确认了结冰带的存在。科学家惊讶地发现，在距离太阳最近且温度最高的行星上，水居然能以冰的形式存在。这让科学家始料未及。

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和月球一样，水星表面坑坑洼洼。如果通过绝缘良好的着陆舱观看水星景观，不管是勇敢的宇航员本人所见，还是远程摄像机传回的画面，都将与阿波罗号宇航员当年的描述相似（见第5章）。水星上布满了大大小小的陨石坑，最大的是卡路里盆地，直径达1,300千米，类似“月海”——用肉眼或借助双筒望远镜能观察到的月球表面的灰色圆斑。类似月球表面的巨大陨石坑，卡路里盆地平坦的底部是熔岩平原，被一座高达2,000米的环形山包围。它位于水星的赤道上，那里的阳光最强烈，是水星上最热的地方。卡路里盆地的字面意思就是“酷热的平原”。

卡路里盆地的直径超过250千米，由一个直径约100千米的小行星撞击形成。与撞击地球并导致恐龙灭绝的小行星直径相比，这颗小行星的直径要大10倍。撞击引发的地震波横扫了水星表面，引起的“水星地震”导致了对跖点周围的岩石混乱不堪。由此形成的大面积丘陵沟壑地形被称为“怪异地形”。地震波从水星远端反射回来，整个水星都充斥着地震的声音，在几小时甚至几天内像铃铛一样作响。能量脉冲击碎了水星表面，大量熔岩喷涌而出。撞击触发了水星上的火山活动，熔岩漫流到附近广大地区，导致了熔岩平原的形成，这与丘陵地形形成了对比。撞击震动了水星的山脉，发生了山体滑坡。卡路里盆地的撞击事件对水星造成了严重的后果。撞击的小行星震动了水星的内核。如果小行星再大一点，全宇宙都会为之震动。

小行星轰击水星可能发生在两个时期。第一次是在太阳系形成后的混乱时期，也就是行星的形成阶段。星子或潜在的行星吸引并聚集了小碎块，即形成原太阳过程中产生的废弃物质——这些物质在太阳诞生后从中分离出来——所以，当时的太阳系充满了各种大小的碎块。

有些碎块组合形成小行星。但还有很多小碎块被遗留下来，组合成了小卵石或岩石碎块。这些碎块仍以环绕太阳系的岩石形态存在。这些原始的岩石是一种被称为“球粒陨石”的特殊流星，时不时落在地球上。根据岩石中的放射性衰变产物，可以测定其年龄有45.68亿年。在固化过程中，放射性元素及其产物积聚在岩石中，其衰变速度可以通过实验准确测定。天文学家认为，岩石积聚的那一刻便是太阳系诞生的时刻。在漫漫历史长河里，能够知晓这一确切日期是十分了不起的成就。

在水星受到第一次撞击时，这些岩石碎块和小行星的撞击产生了大小不一的各种陨石坑。相比之下，第二次撞击时期出现了数量不成比例的大型小行星，更小的那些要么已消耗殆尽，要么组合形成了大型小行星，因此撞击形成的陨石坑整体上更大。第二个时期被称为“晚期重轰击”。

晚期重轰击发生在约39亿年前，大约在太阳系诞生6亿年后。推断这个年龄并非借助水星，而是通过从月球收集到的岩石年龄辨认出来的。这些岩石的来源有三。

20世纪70年代，苏联“月球”计划的三个无人探测器取到了大约300克月球土壤。小探测器被送往月球，降落在月球表面。它们利用机械臂挖取土壤并装在一枚小型火箭上，将火箭发射回地球，随后降落到俄罗斯大草原上。

大约在同一时期，阿波罗号的宇航员利用钳子和铲子将大约半吨月球岩石装袋编号，打包放进类似手提箱的铝制容器，然后亲自护送它们返回了美国。

在陨石中还发现了其他月球岩石。至今已发现300个因小行星撞击落到地球上的月球碎块。

最古老的月球岩石采集于月球高地，即月球上比较明亮的区域。从低地（月海）采集的岩石大概集中出现在40亿年到38.5亿年前。这是它们最后一次凝固成形。由此看来，39亿年前的月球地壳曾经历过酷热。格伦维尔·特纳领导的谢菲尔德大学天文学家小组在1974年到1976年间发现了这一现象。他们认为，45亿年前月球熔岩第一次凝固之后，小行星自40亿年前开始了长达2亿年的对月球表面的猛烈撞击，导致其再一次发生熔化。谢菲尔德小组将这次事件称为“月球大灾难”——“晚期重轰击”的早期名称。

撞击发生的原因依旧无解。或许是两颗大型小行星或行星之间有过一次大碰撞，造成大量碎块（包括一些特别大的碎块）喷射到太阳系中，撞向与之交臂而过的天体。另一种可能性是，木星和土星这两颗巨行星的运动打破了此前小行星和谐的轨道，使其四处散落。根据著名的大航向假说，当巨行星还处于围绕太阳系诞生同期产生的原初气体盘时，木星在气体的影响下离太阳越来越近。如果不受干扰，这次行星迁移会将木星拽向离太阳更近的轨道，太阳系与许多新发现的系外行星系统本可以成为同道中人。许多系外行星系统都有所谓的“热木星”——可能形成于行星系统远端并向内迁移的气态巨行星。随着气体物质的蒸发和消散，它们的温度要远高于以前。木星逆水行舟，改变航线，避免了相同的命运并回到了更远的轨道（见第9章）。在此过程中，碎块和小行星四散开来，岩石碎块撞向水星，也撞向地球和月球。

有关晚期重轰击的第三个设想从许多方面来看都颇为有趣，即天文学家所熟悉的“尼斯模拟”。这个理论对行星历史的几个秘密做出了可能的解释，因此颇受欢迎——一个理论，多个解释，既有力又经济！

2005年，亚历山德罗·莫比德利领导的一个国际数学家小组在法国尼斯的蓝色海岸天文台完成了这项工作，因此该设想得名“尼斯模拟”。根据尼斯模拟，太阳系头10亿年发生的事情，就像一群活蹦乱跳的孩子在玩星际台球或撞球游戏。

天文学家对太阳系中的行星在形成之初的相互作用进行了大量计算，尼斯模拟就是其中之一。由于“混沌理论”的限制（见第1章），要确切了解遥远过去发生的事情是不可能的。因此，我们无法知晓远古行星的确切生活地点。它们年轻时期的秘密将永久封存。

我们能做的就是进行模拟：对大量可能的情形、不同角度的假设、从最细微到最明显的太阳系结构变化进行计算，例如行星的数量。如此一来，天文学家可以判断哪些模拟与已知信息最匹配。在大量计算中反复出现的特征就是模拟中更可信的特征。它们被认为接近实际发生的事情。所有这些计算结果的尝试都被称为尼斯模拟。

在某个时间里，形成太阳的星际云物质中除了固体物质，其他几乎都被吹出了太阳系，这就是尼斯模拟的入手处。这些固体团块围绕太阳运行，类似今天的行星、彗星和小行星，但是它们的数量更多且无处不在。形成行星的固体物质被称为星子，这个过程产生的星子数不胜数，它们游走于行星之间。那时的行星包括我们今天所知的四颗外侧巨行星（木星、土星、天王星和海王星），还有至少六颗位于内侧的“类地行星”，多于我们今天所知的四颗（水星、金星、地球和火星）。那时的巨行星已经很接近它们现在的轨道；但当时有可能存在五颗甚至六颗巨行星，而非仅仅四颗。

根据尼斯模拟，星子之间、单个星子和较大的行星之间偶尔会发生近距离的碰撞。有些星子从太阳系中喷射而出，也许是绝大多数——它们构成了现在的星际小行星，是永远在寒冷黑暗的太空中遨游的小世界，远离太阳光和温暖，成了迷失在星系之间的遗孤。

其他行星系统也可能发生同样的事情。也许在未来某个时候，它们中的一颗行星会突然出现在星际空间并快速穿越太阳系。这种现象也有可能已经发生了。有些小行星的轨道是逆行的，天文学家推测它们可能是从太空中捕获的。在2017年，夏威夷的泛星望远镜发现了一颗小行星以异常快的速度坠入太阳系。

有一种假说认为，这个偏离轨道的物体是一颗彗星，但它没有彗发或彗尾。经证实，它的长度和厚薄都不同寻常，其亮度会随着旋转而变化。当一端指向地球时，它看起来更暗，面积也更小；而当其侧面面对地球时，它又会变亮。另一种假说认为这是一颗星际小行星，受太阳的吸引进入太阳系。

第三种猜想认为，因为它薄且长，所以它是一艘星际飞船。虽然这种猜想有点异想天开，但其轨道并非完全受引力控制这一发现增加了这种猜想的可信度——它可能有来自某种推进装置的外力作用。一些天文学家则辩称这个天体实际上是某种彗星，它的高速并非因为其星际起源，而是因为其逆向的气源动力造成的火箭效应在推动它前进。一位天文学家认为它带有所谓的“太阳帆”。这是一种由地面空间工程师设想的装置，利用太阳或恒星的光照射到一张大型反射帆上产生推力作为动力。也许外星人已经建造了这样一个装置来驱动飞船，对包括太阳系在内的行星系统进行访问和探索。

不管这个牵强附会的猜想可信度如何，这个天外来客已经返回太空，且不会悄然造访地球。已经有类似的星际访客进入太阳系，伪装成小行星定居下来。而这个天体是人类观测到的首个天外来客，好似在大风中没能进港的快速驶过的帆船。它的名字反映了一种信念，即它源于星际：夏威夷的泛星望远镜中心向当地社区征求意见，这个天体被命名为“奥陌陌”，在夏威夷语中的意思是“首位远方信使”。

奥陌陌到达最接近太阳的地方，随后快速掠过地球，当时距离地球2,400万千米。这大约是地月距离的60倍——在宇宙尺度上压根不值一提。如果未来的星际访客体形庞大，它可能会在太阳系横冲直撞，扰乱行星的轨道，其影响的大小取决于其轨道与地球的距离，后果难以预料。

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当星子从太阳系喷射而出时，它们对太阳系其他的行星造成了一个小小的后冲。巨行星逐渐向太阳移动。几千万年或几亿年后，木星和土星这两颗最内层的巨行星发生了共振，木星和土星的轨道运行时间完全一致。木星和土星的共振被称为“2∶1共振”。这导致两颗行星对其他行星、太阳系无数小天体和行星形成过程中残余的碎块造成了深度影响。这种影响源自“共振”的本质。

父母推孩子荡秋千就是共振的一个示例。在家长的推动下，孩子荡起了秋千，且越荡越远。当秋千上的孩子往回荡的时候，家长又会把他推出去，如此反复。秋千摆动的幅度越来越大，孩子得偿所愿。家长不一定要推动每一次的回荡。如果父母以2∶1共振交替推动孩子，效果也是一样的。诀窍就是每次微小的推动都要发生在秋千周期的同一点上。两颗行星共振同样会产生一个引力场，会反复产生同样的效果，这会对附近的第三颗行星产生重大的扰动。

木星和土星在模拟开始的时候就几乎是共振的。随着星子的随机抛射，它们逐渐接近共振，然后达到共振状态。随之增大的引力场影响了其他行星。其中有一些行星被喷射到太空中。结果导致类地行星（靠近太阳的岩质行星）只剩下四颗，也就是我们今天所知的四颗（水星、金星、地球、火星）。

彼时，地球面临着一个有悖事实的未来，它会变成一颗星际行星，像一只孤独的土狼在冰冷空旷的草原上游荡。这并未发生在我们的星球上，却有可能发生在地球的前任邻居身上。假设太阳系曾经拥有过超级地球，或许这就是曾经发生在它身上的事情。

任何能将地球逐出太阳系的事情都没有发生。然而，在太阳系发展的混乱时期，地球的轨道来回接近和远离太阳。我们的星球最后落在太阳系的宜居带，地球上的生命才得以繁衍，这一切全凭运气。

太阳系的其他部分也受到了影响。在木星和土星的巨大影响下，小行星被拽出原先的轨道。一些小行星闯入秩序更加井然的行星轨道中，尤其是像水星这样靠近太阳的行星，随后落在它们的表面。小行星撞击行星表面，形成了陨石坑——或许这就是晚期重轰击发生的原因。

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当然，如果水星经历了晚期重轰击，地球和月球也无法幸免。这一事件造成月球表面出现了约1,700个直径超过20千米的陨石坑，数量10倍于地球表面的陨石坑——有些直径达1,000千米。虽然39亿年来的气候变化已经把地球上的陨石坑侵蚀殆尽，但是格陵兰岛和加拿大的深层沉积物表明晚期重轰击袭击了当时的地球。地外起源的物质和地球起源的物质有着不同的组成。陨星物质中的某些化学元素比地壳物质更为丰富。另一差异是物质的同位素组成。同位素是化学元素核成分的变体，不同同位素的比例反映了形成物质的化学过程。格陵兰岛和加拿大发现的39亿年前的沉积物是晚期重轰击时期落到地球上的，其组成表明它们的陨星物质含量要高于正常水平。

地球生命的化石记录似乎也始于39亿年前，这个发现同样举足轻重——如果生命在此前就已经进化了，那么晚期重轰击有可能使其严重退化，并导致早期痕迹荡然无存。另一种解释是，晚期重轰击后期将小行星上大量的水分和有机分子带到地球表面，轰击使水温升高，引发了生命的进化。这就是查尔斯·达尔文指出的那个地球历史时期，他（在1871年）写道：“（最初的生命体有可能是在）一个温暖的小池塘……经过一系列复杂的化学反应后，蛋白质合成物出现了，它们开始经历若干更复杂的变化……”他笔下的“小池塘”是原始地球上的海洋，小行星和彗星将海水和有机化合物带到地球上，而轰击和地热能使其变暖。

原来，水星秘史是探索地球秘史和生命奥秘的线索，这一切就写在它布满陨石坑的脸上。 VbPBV40ekmF2usnSAkvjfpcL/7SRU9gfuywHa91Bv620mWA6rvYnXMJDUKiy7dny